林业科学  2013, Vol. 49 Issue (10): 35-39   PDF    
DOI: 10.11707/j.1001-7488.20131006
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文章信息

李丙智, 冯焕德, 张黎, 张永茂, 张林森, 韩明玉
Li Bingzhi, Feng Huande, Zhang Li, Zhang Yongmao, Zhang Linsen, Han Mingyu
渭北苹果园滴灌施氮肥对土壤氮迁移的影响
Effects of Dripping Fertigation on Soil Nitrogen Metabolism in Apple Orchard of Weibei Plateau
林业科学, 2013, 49(10): 35-39
Scientia Silvae Sinicae, 2013, 49(10): 35-39.
DOI: 10.11707/j.1001-7488.20131006

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收稿日期：2010-06-10
修回日期：2010-11-15

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李丙智
冯焕德
张黎
张永茂
张林森
韩明玉

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李丙智, 冯焕德, 张黎, 张永茂, 张林森, 韩明玉. 2013. 渭北苹果园滴灌施氮肥对土壤氮迁移的影响[J]. 林业科学, 49(10): 35-39.
Li Bingzhi, Feng Huande, Zhang Li, Zhang Yongmao, Zhang Linsen, Han Mingyu. 2013. Effects of Dripping Fertigation on Soil Nitrogen Metabolism in Apple Orchard of Weibei Plateau. Scientia Silvae Sinicae, 49(10): 35-39.  DOI: 10.11707/j.1001-7488.20131006
渭北苹果园滴灌施氮肥对土壤氮迁移的影响
李丙智1, 冯焕德2, 张黎1, 张永茂2, 张林森1, 韩明玉1    
1. 西北农林科技大学园艺学院 杨凌 712100;
2. 甘肃省农业科学院 兰州 730070
收稿日期：2010-06-10；修回日期：2010-11-15
基金项目：国家科技支撑计划(2007BAK31B01);国家现代农业(苹果)产业技术体系建设项目;农业部948项目(2006－G28);农业部行业科技专项(nyhyzx07-024)。
摘要：采用滴灌和浇灌2种灌溉方式,结合梯度施肥和测定土壤溶液中氮含量,研究渭北旱塬矮化红富士苹果园不同氮素形态在土壤中的迁移、富集和转化特性。结果表明: 滴灌施肥显著降低氮素的迁移、富集和转化作用; 在不同氮素形态中,以urea-N为主,NO3--N次之,NH4+-N最小; 当施肥量为0.32 kg·株-1时,2种灌溉方式对氮素迁移、富集和转化作用的影响差别不明显,施肥量达到1.2 kg·株-1时,浇灌施肥方式下氮素的迁移、富集和转化作用极显著高于滴灌,尤其在40~80 cm土层更加明显。综合比较,滴灌施肥明显降低了苹果园不同氮素形态的迁移、富集和转化作用,增加了土壤中氮素的含量,尤其是有效态氮的含量,全年施肥量在0.64~1.2 kg·株-1时能相对减少氮肥的损失。
关键词： 苹果    滴灌施肥    氮运移    土壤溶液    
Effects of Dripping Fertigation on Soil Nitrogen Metabolism in Apple Orchard of Weibei Plateau
Li Bingzhi1, Feng Huande2, Zhang Li1, Zhang Yongmao2, Zhang Linsen1, Han Mingyu1     
1. College of Horticulture, Northwest A & F University Yangling 712100;
2. Gansu Academy of Agricultural Sciences Lanzhou 730070
Abstract: This study focuses on the characteristics of the movement, transformation and leaching of different nitrogen forms in soil by dripping and pouring fertigation with fertilizer gradients by determining the nitrogen content of soil solution in a Red Fuji apple orchard in Weibei dry plateau. The results showed that different application methods of fertilization were the key factor to affect the movement, accumulation and transformation of different nitrogen forms in soil. The dripping fertigation decreased significantly the nitrogen movement, accumulation and transformation compared with pouring fertigation. The urea-N was main form of N leached, followed by NO3--N, and then NH4+-N leached. Neither dripping nor pouring had obvious effect on nitrogen loss when the fertilizer concentration was 0.32 kg·tree-1. However the nitrogen movement, accumulation and transformation was significantly higher with pouring fertigation than with the dripping fertigation when the fertilizer application amounts were added to 1.2 kg·tree-1, especially in the 40-80 cm soil layers. By comprehensive comparing and analyses, dripping fertigation significantly decreased the leaching loss of different nitrogen forms in soil, and increased nitrogen content, especially available N in soil. The nitrogen loss will be decreased when fertilizer application is 0.64-1.2 kg·tree-1 in the whole year.
Key words: apple    dripping fertigation    nitrogen migration    soil solution    

氮素是果树必需矿质元素中的核心元素，在一定范围内其施用量与果树的产量、品质密切相关。为了追求高产，苹果生产中过量施肥甚至超量施肥的现象较普遍，而过量施氮不仅使硝酸盐在果品中积累增加，产生食品安全问题，而且造成硝态氮在土壤中积累，污染生态环境。如何协调果园水肥利用、提高肥水利用效率，是国内外果树生产中长期研究的重点，也是渭北旱塬苹果(Malus pumila)生产亟待解决的问题(白茹等，2007)。灌溉施肥技术已广泛应用于农业生产，是解决作物肥水互作、高效利用问题的有效途径，在大田作物[棉花(Gossypium)、玉米(Zea mays)等]、蔬菜栽培上国内外已有不少报道(Wang et al.，2004)。

国外已有研究表明:滴灌施肥可将肥料施于根区，保证根系养分的供应，减少养分向下的迁移，滴灌施肥已成为一些国家或地区主要施肥方式之一(周建斌等，2001;尹娟等，2009)。尿素溶解度高，是适宜灌溉施肥的氮肥品种。研究发现，尿素表面施肥后及时灌水，可将尿素渗入土壤的中下层，减少氨的挥发量，显著地提高肥效(边秀举等，1999)。灌溉施用尿素后，尿素一方面以分子态形式随水分下移，另一方面亦进行着分解作用(习金根等，2004;Bélanger et al.，2002;Brad et al.，2004)，转化为NH4+ -N和NO3- -N。本研究通过比较渭北果园滴灌施肥和浇灌施肥技术，研究苹果园施用不同剂量氮肥(尿素)后各种氮素形态在土壤中的迁移和转化等特征，旨在探明不同水肥调控措施下施入果园土壤中氮素的转化和运移规律，为陕西渭北旱塬18万hm2有机认证果园和4.8万hm2出口注册果园节水节肥技术的应用提供理论依据。

1 材料与方法 1.1 试验地点与材料

试验于2007年5月至2009年11月连续2年在陕西省宝鸡市苹果专家大院凤翔试验园进行。该区域海拔850 m，年降雨量601.6 mm，属于中纬度半干旱地区。试验地土壤质地为壤土，管理水平较高，试验地生态条件和管理水平一致。

供试苹果品种为礼泉短富(Malus pumila cv.Red Fuji)，基砧为新疆野苹果(Malus sieversii)，中间矮化砧M26，树龄9年生，株行距2.5 m×3 m。施用肥料为尿素、重过磷酸钙和硫酸钾。重过磷酸钙作为基肥于11月中旬正常施入(每株2.5 kg)，尿素灌施分3次平均施入(4月中旬开花期、5月中下旬幼果生长期、7月上中旬果实膨大期)。8月中旬一次性正常施入硫酸钾(每株1 kg)。滴灌器由西安滴灌器材厂提供。土壤营养状况如表 1所示。

表 1 苹果园土壤营养状况 Tab.1 Soil nutrition conditions of experimental orchard
1.2 试验设计

试验包括施肥方式和氮肥施用量2个因素。施肥方式分滴灌(10 kg·h-1，距主干80～100 cm处南北方向各安装一个滴灌装置)和浇灌(穴灌，距主干80～100 cm处南北方向分别挖一个长、宽、深各50 cm的浇灌坑，在挖坑过程中，尽量不伤根系)，代号为D和J，共2个水平。氮肥施用量设5个水平(kg·株-1年-1)，代号: N1(0.08)，N2(0.16)，N3(0.32)，N4(0.64)和N5(1.2)，以只灌水(分浇灌和滴灌)未施氮肥为对照。采用完全随机组合设计，共12个处理，其中对照2个。每5棵树为1个处理，重复3次。试验处理分别为: CK1(滴灌)，CK2(浇灌)，DWN1，DWN2，DWN3，DWN4，DWN5，JWN1，JWN2，JWN3，JWN4，JWN5。试验期间试验区5—9月的降雨量为395 mm左右，与试验区5—9月份5年的平均降雨量接近。试验前测定土壤的含水量和土壤密度，计算土壤的最大持水量，根据土壤的最大持水量设计试验的灌水量为每株每次60 kg。每次灌溉施肥前根据当地天气预报，在施肥前后1周避开自然降雨。

1.3 测定项目及方法

于试验前2周安放德国生产的SKL-100型土壤溶液采集器(宋静等，2000)，于6—10月每月中旬避开阴雨天收集1次土壤溶液。土壤溶液在冰箱-20 ℃保存，集中分析。10月份测定0～40 cm，40～80 cm、80～120 cm土层中土壤溶液的urea-N、NO3- -N和NH4+ -N含量。

土壤有机质测定用重铬酸钾容量法-外加热法;N采用凯氏定氮法;P采用矾钼黄比色法;K、Zn、Fe、Mn、Cu采用PE-2100原子吸收光度计法(Khan，1999);NH4+ -N用靛酚蓝比色法(白茹等，2007);NO3- -N用镀铜镉还原-重氮化偶合比色法;urea-N用对二甲氨基苯甲醛比色法(习金根等，2004)。

2 结果与分析 2.1 不同灌溉施肥方式下土壤溶液NO3- -N含量的变化

从图 1可以看出，随着施肥量的增加，土壤溶液(0～120 cm土层平均值)中的NO3- -N含量随之增加，当施肥量达到1.2 kg·株-1时，2种灌溉施肥方式对NO3- -N迁移的影响达到极显著差异，滴灌施肥方式下NO3- -N平均含量是同期对照的3.19倍，浇灌施肥是同期对照的3.45倍。土壤中NO3- -N含量在苹果生长周期内(6—10月)整体呈现逐渐增加的趋势，但是0～40 cm土层中6—8月份变化不大，9—10月份迅速减少，这与后期树体生长和果实发育消耗较多氮有关，40～80 cm土层土壤溶液中NO3- -N的含量无论是滴灌还是浇灌都随着时间的变化而逐渐增加。灌溉施肥后不同土层中硝态氮的含量都有所增加，这与施用的urea-N形成的NH4+ -N的硝化作用有关。滴灌方式下NO3- -N的含量明显少于浇灌，这与水分在土壤中的运移有关系，浇灌时水的下渗比较快，从浇灌点到水下渗的最深处形成的扩散面相对比较小，而在滴灌条件下，由于水下渗的速度比较慢，所以在相同土层中形成的扩散面比较大，而下渗的深度没有浇灌的深，这就形成了在40～80 cm土层中滴灌处理的NO3- -N含量较高，80～120 cm的土层中恰恰相反，浇灌处理的NO3- -N含量较高。

图 1 不同灌溉施肥方式0～120 cm土层中NO3- -N 含量(鲜质量)的变化 Fig. 1 Annual variation of content(FW)of NO3- -N in 0-120 cm layers of soils from different forms with fertigation a.0.08 kg·tree-1 a-1;b.0.16 kg·tree-1 a-1;c.0.32 kg·tree-1 a-1;d.0.64 kg·tree-1 a-1;e.1.2 kg·tree-1 a-1
2.2 不同灌溉方式下土壤溶液NH4+ -N的变化

从图 2可以看出，土壤中NH4+ -N含量(0～120cm土层平均值)变化不明显，2种灌溉方式下整体呈现“低—高—低”的趋势，7月土壤溶液中NH4+ -N的含量略高些，此后又有所下降，这是因为尿素施入后迅速发生分解，一部分很快转化为NH4+ -N，其他学者的研究也证明了这一点(Sahrawat et al.，1979)。因此，从土壤溶液中NH4+ -N含量的变化可以看出2种灌溉施肥方式下urea-N在土壤中的迁移和转化情况;而且随着施肥量的增加，2种灌溉方式的影响也加大，当施肥量达到1.2 kg·株-1时，滴灌施肥方式下40～80 cm土层中土壤溶液NH4+-N的含量明显高于浇灌。

图 2 不同灌溉施肥方式土层中NH4+ -N含量(FW)的变化 Fig. 2 Annual variation of content(FW)of NH4+ -N in layers of soils from different forms with fertigation a.0.08 kg·tree-1 a-1;b.0.16 kg·tree-1 a-1;c.0.32 kg·tree-1 a-1;d.0.64 kg·tree-1 a-1;e.1.2 kg·tree-1 a-1
2.3 不同灌溉施肥方式下urea-N含量的变化

从表 2可以看出，土壤溶液中urea-N的含量随着施肥量的增加而显著增加，当施肥量达到0.32kg·株-1时，2种施肥方式下土壤溶液中的urea-N含量与对照相比都达到极显著差异。施肥量达到0.64～0.32 kg·株-1时，滴灌施肥下土壤溶液中urea-N的平均含量是对照的10.5倍，浇灌施肥下土壤溶液中urea-N的平均含量是对照的11.1倍，2种施肥方式相比对土壤溶液中urea-N含量的影响都达到极显著差异，浇灌施肥方式对urea-N的迁移、富集作用相对较强，土壤表层保持的urea-N相对较少，而与浇灌施肥相比较，滴灌施肥减少了urea-N在土壤中的迁移、富集作用。苹果生长周期内urea-N在土壤溶液中的含量呈先增加后减少的趋势，8月达高峰，而后减少，这与urea-N在土壤中的转化有关: urea-N在土壤中脲酶的作用下转化成NH4+ -N，同时消化作用的活性也在增加，使得urea-N的含量呈现先增加后降低的趋势。

表 2 不同灌溉施肥方式土层中urea-N含量的年变化 Tab.2 Annual variation of content of urea-N in layers of soils from different forms with fertigation
3 讨论

本试验结果表明:不同土层土壤溶液中氮素的形态以urea-N为主，NO3- -N次之，NH4+ -N最少;说明NO3- -N在土壤中的移动性较高，容易随灌溉水迁移。研究表明: NO3- -N带负电荷，不易被土壤胶体所吸附，在土壤中的移动速度较快;而NH4+ -N易被土壤胶体吸附，在土壤中移动速度较慢(习金根等，2004)。灌溉施肥时，不论移动性差的NH4+ -N还是移动性相对较强的NO3- -N，都易随灌溉水在土壤中向下移动，利于肥料进入土壤深层，为作物根系吸收利用。滴灌施肥时，尿素在土壤中的迁移相对较慢，从而导致NH4+ -N在土壤上层累积，而采用浇灌方式，土壤中保持的urea-N减少，转化形成的NH4+ -N和NO3- -N含量相应地降低，同时硝化作用的活性却在增强(李伏生等，2000)。在农业生产中，为满足作物生长对水分的需求，常采用多次浇灌、滴灌的方式，这样残留在土壤中的urea-N及其转化形成的NH4+ -N和NO3- -N可能会随灌水多次迁移。可见，尿素施入土壤后的迁移和转化是几个过程综合作用的结果。

淋溶损失是氮肥从土壤-植物生态系统流失的主要途径之一，由此带来了环境污染等许多问题(郭大应等，2000)。本研究表明，灌溉方式是决定肥料氮淋失量的关键因素。与浇灌施肥相比，滴灌施肥可显著地减少肥料态氮的淋溶损失。在美国佛罗里达州的研究发现，滴灌施肥显著地减少了NO3- -N向土壤下层的迁移(Alva et al.，1995)。在以色列的砂质土上的研究发现，施氮肥量为160kg·hm-2时，滴灌施肥时土壤0～120 cm土层土壤溶液中NO3- -N的含量比对照降低的幅度在39%～100%之间(Dasberg et al.，1988)。陕西苹果产区干旱少雨，地下水资源相对缺乏，并且土层深厚，土壤疏松，矮砧苹果的根系分布较浅，采用滴灌施肥技术，不仅可节约宝贵的水资源，而且尿素在土壤中的迁移相对较慢，NH4+ -N在土壤上层累积较多，有利于苹果根系吸收营养和保护生态环境。因此，滴灌施肥技术在我国干旱半干旱地区的苹果生产中具有广阔的应用前景。

本试验还发现，8月后不同土层中矿质态氮的含量有下降趋势，究其原因，是由于土壤将尿素转化为铵的固定作用还是因为氨的挥发作用，是否与树体和原来地块的养分含量有关，还需进一步研究。

4 结论

渭北旱塬红富士苹果园土壤氮素的迁移、富集和转化以urea-N为主，NO3- -N次之，NH4+ -N最少。滴灌施肥能显著降低土壤氮素的迁移、富集作用;全年施肥量在0.64～1.2 kg·株-1时，结合滴灌施肥能相对减少氮肥的迁移、富集作用，利于树体对氮素的吸收利用。

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